La compréhension des mécanismes de transport de solutés dans un milieu poreux variablement saturé tel que les sols à nappe drainée par tuyaux enterrés, est essentielle afin de répondre aux interrogations concernant l'impact de ces systèmes sur la qualité des eaux de surface. L'approche choisie repose sur des expériences de traçage réalisées en régime permanent sur modèle physique de sol au laboratoire, permettant un contrôle des conditions initiales et aux limites. La première partie de la thèse est dédiée aux études monodimensionnelles, afin de caractériser la zone non saturée du sol. Nous avons utilisé une colonne de sol (1*0,15 m²) et un modèle physique de grande taille (1*2*0,5 m3), remplis tous deux d'un sol sablo-limoneux. Les traceurs utilisés sont le H218O et le Cl-. La deuxième partie du travail traite le cas des écoulements bidimensionnels, réalisées uniquement sur le modèle physique. Deux scénarios ont été choisis : un soluté apporté en surface et un soluté résidant dans le sol. Seul le Cl- a alors été utilisé comme traceur. Le transport de solutés a été étudié par un suivi in situ (sondes de conductivité électrique) ainsi qu'à l'exutoire du système. L'analyse des courbes d'élution obtenues pour les études monodimensionnelles a permis l'identification des mécanismes de transport et le calcul des paramètres de transport pertinents (par résolution inverse). Pour les expériences bidimensionnelles, il a été observé une hétérogénéité des champs de vitesses, avec une zone proche du drain où le lessivage est rapide et une zone proche de l'interdrain où le soluté progresse à faible vitesse. Dans le cas du soluté résidant dans le sol, les courbes d'élution (concentration et conductivité électrique) au drain montrent un palier stable puis une diminution de forme « exponentielle » jusqu'à atteindre les concentrations du niveau de base. La migration du soluté dans le cas d'un pulse apporté en surface du sol est singulier. La courbe d'élution en sortie du drain présente deux modes : (i) un premier mode sous forme d'un pic, (ii) et le deuxième sous forme d'un palier constant de concentration. Ces résultats expérimentaux ont été confrontés à la modélisation mécaniste (code HYDRUS-2D), utilisant les paramètres de transport obtenus dans les études monodimensionnelles. L'utilisation d'une deuxième méthode, le suivi de particules (approche lagrangienne), nous a permis d'obtenir le cheminement de l'eau et le temps de transfert des particules dans le sol.

La compréhension des mécanismes de transport de solutés dans un milieu poreux variablement saturé tel que les sols à nappe drainée par tuyaux enterrés, est essentielle afin de répondre aux interrogations concernant l'impact de ces systèmes sur la qualité des eaux de surface.<br />L'approche choisie repose sur des expériences de traçage réalisées en régime permanent sur modèle physique de sol au laboratoire, permettant un contrôle des conditions initiales et aux limites. La première partie de la thèse est dédiée aux études monodimensionnelles, afin de caractériser la zone non saturée du sol. Nous avons utilisé une colonne de sol (1*0,15 m²) et un modèle physique de grande taille (1*2*0,5 m3), remplis tous deux d'un sol sablo-limoneux. Les traceurs utilisés sont le H218O et le Cl-. La deuxième partie du travail traite le cas des écoulements bidimensionnels, réalisées uniquement sur le modèle physique. Deux scénarios ont été choisis : un soluté apporté en surface et un soluté résidant dans le sol. Seul le Cl- a alors été utilisé comme traceur. Le transport de solutés a été étudié par un suivi in situ (sondes de conductivité électrique) ainsi qu'à l'exutoire du système.<br />L'analyse des courbes d'élution obtenues pour les études monodimensionnelles a permis l'identification des mécanismes de transport et le calcul des paramètres de transport pertinents (par résolution inverse). Pour les expériences bidimensionnelles, il a été observé une hétérogénéité des champs de vitesses, avec une zone proche du drain où le lessivage est rapide et une zone proche de l'interdrain où le soluté progresse à faible vitesse. Dans le cas du soluté résidant dans le sol, les courbes d'élution (concentration et conductivité électrique) au drain montrent un palier stable puis une diminution de forme « exponentielle » jusqu'à atteindre les concentrations du niveau de base. La migration du soluté dans le cas d'un pulse apporté en surface du sol est singulier. La courbe d'élution en sortie du drain présente deux modes : (i) un premier mode sous forme d'un pic, (ii) et le deuxième sous forme d'un palier constant de concentration. Ces résultats expérimentaux ont été confrontés à la modélisation mécaniste (code HYDRUS-2D), utilisant les paramètres de transport obtenus dans les études monodimensionnelles. L'utilisation d'une deuxième méthode, le suivi de particules (approche lagrangienne), nous a permis d'obtenir le cheminement de l'eau et le temps de transfert des particules dans le sol.

L'évolution à long terme des reliefs continentaux résulte de couplages complexes entre processus d'érosion et mouvements tectoniques qui tendent à s'équilibrer pour atteindre éventuellement un état stationnaire. La partie érosion de ces couplages est gouvernée par l'interaction entre des processus élémentaires de versant et de rivière, étroitement couplés, qui contrôlent l'organisation spatiale du réseau de drainage. Ces processus sont caractérisés par des vitesses d'érosion et de transport lentes sur les versants et très rapides dans les rivières, et dépendent souvent non-linéairement de la pente topographique et du flux d'eau. Il en résulte une dynamique complexe à l'échelle locale dont les conséquences à l'échelle continentale sur la vitesse et les volumes de matière transportés ne sont pas encore comprises. L'objectif de cette thèse a été de comprendre et modéliser cette dynamique à l'échelle des temps géologiques, dans le cadre de perturbations tectoniques simples, et pour des conditions climatiques constantes. Nous utilisons un modèle numérique permettant de simuler l'action de différents processus d'érosion de versant et de transport fluvial. Les solutions hors équilibre prédites par ce modèle ne pouvant être validées analytiquement ou à partir de données naturelles, une approche expérimentale inédite a été développée. Elle permet d'étudier précisément l'évolution d'une topographie soumise à l'action simultanée d'une surrection simple et de processus d'érosion et de transport par ruissellement. Au cours d'une expérience, la surface s'auto-organise d'abord en une série de bassins versants de géométrie similaire aux systèmes naturels, puis l'altitude moyenne du système s'approche quasi-exponentiellement d'une valeur constante, traduisant un état d'équilibre macroscopique. L'analyse couplée des expériences et des simulations numériques montre que cette dynamique dépend fortement de la présence de zones de drainages internes non connectées aux conditions limites du système, du degré de non-linéarité entre érosion et pente topographique et de l'existence d'un seuil d'érosion. A partir de l'analyse de systèmes naturels, via le formalisme de la relation pente-aire drainée, nous mettons en évidence l'existence d'un tel seuil dans les systèmes naturels. Pour ce faire nous avons développé un nouveau critère morphologique permettant de caractériser l'état dynamique des reliefs naturels. L'hypothèse d'équilibre dynamique entre érosion et tectonique, nécessaire à l'interprétation correcte des relations entre formes topographiques et processus d'érosion, peut être ainsi (in)validée. Ces résultats suggèrent que le seuil d'érosion habituellement négligé dans le calibrage des lois d'érosion élémentaires doit être explicitement pris en compte pour prédire correctement les formes topographiques naturelles, la dynamique de la croissance des réseaux de drainage et les relations à l'échelle continentale entre taux de dénudation et paramètres topographiques.

Les opérations de dragage génèrent d’importants volumes de sédiments à teneur en eau élevée qui sont difficilement transportables. Toute opération de valorisation ou stockage des sédiments implique de réduire la teneur en eau. Le séchage naturel et la déshydratation mécanisée des sédiments répondent à cette attente. Le séchage naturel des sédiments est la technique de déshydratation la plus économique et la meilleure du point de vue environnemental. Le temps de séchage peut être réduit par des moyens techniques adaptés (retournement, scarification) mis en action par l'application de critères d’aptitude au séchage naturel. Pour ce faire, le processus de séchage naturel a été reproduit à l’échelle du laboratoire à l’aide d’essais d’Égouttage et de Séchage et d’essais de Séchage et de Retrait couplés à des essais scissométriques. Ils ont porté sur neuf sédiments : sept sédiments de barrage, deux sédiments marins et une kaolinite. Une relation Su=f(IP) a été établie. Cette relation permet d’obtenir la cohésion non drainée Su à partir d’une mesure de teneur en eau. Elle permet aussi de définir ou cerner le moment le plus propice au retournement des sédiments à l’aide d’engins spécifiques sur site. Une autre méthode mécanique pour réduire le temps de séchage est suggérée. Il s'agit de pratiquer une scarification des sédiments à l’aide d’outils mobiles, voire robotisés, comme un rouleau scarificateur ou d'une rangée d'outils transportés par un treillis mobile adapté. En ce qui concerne la déshydratation mécanisée des sédiments, une nouvelle méthode de déshydratation en continu a été proposée à partir d'une presse à boues KDS®. Pour des raisons de conception et d'application, la presse à boues KDS® n’a jamais été utilisée pour déshydrater des sédiments. Un plan expérimental a été développé. Il est démontré que la presse KDS® est capable de déshydrater un sédiment fin sableux sans une maintenance démesurée. Des adaptations de la presse KDS® à la déshydratation de sédiments et des améliorations sont finalement proposées. / Dredging operations produce large amounts of sediments with high water content, that are difficult to handle. Storage management and future reuses need to reduce the water content of sediments. Natural and mechanical dewatering of sediments meet this need. The most economic and eco-friendly method of dewatering is natural dewatering. Dewatering period can be reduced with suitable technical means such as adapted plough or scarifier for sediments, operating under defined dewatering criteria. The natural dewatering process was investigated and reproduced at the laboratory scale by performing Natural dewatering test and Shrinkage test coupled with shear measurements (vane shear testing). Nine sediments have been considered: seven dam sediments, two marine sediments and a kaolinite clay. A relationship Su = f(IP) has been established. It allows to deduce the undrained shear strength Su from only a measurement of water content. It allows to state on the right moment to put in operation the specific tools for ploughing and returning over or scarifying sediments stored. These tools can move in the sediments (adapted plough) or roll on the sediments (scarifiying roller) or roll on banks of sediment storage basin. Another way to dewater high water content sediments concerns a mechanical device. Thus a new method of continuous dewatering has been investigated using a prototype machine patented and referenced as KDS® sludge press. This type of press was not adapted for dewater sediments. Full of dewatering tests have been undertaken and performed with this prototype concerning some of sediments (see natural dewatering testing) and sandy clayey mixtures. It has been shown that KDS® press is able to dehydrate sediments including fine sandy sediments without excessive maintenance. Some adaptations and improvements of KDS® press to dewatering sediments are finally suggested.